KR20220016688A - Light emitting device and display apparatus including the light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
개시된 실시예들은 발광 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컬러 필터 없이도 높은 색순도를 달성할 수 있는 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 디스플레이 장치에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to a light emitting device and a display device including the same, and more particularly, to an organic electroluminescent device and an organic electroluminescent display device capable of achieving high color purity without a color filter.
유기 전계 발광 소자(organic light emitting device; OLED)는, 양극(anode)으로부터 공급되는 정공(hole)과 음극(cathode)으로부터 공급되는 전자(electron)가 유기 발광층 내에서 결합하여 빛을 방출함으로서 화상을 형성하는 디스플레이 소자이다. 이러한 유기 전계 발광소자는 넓은 시야각, 빠른 응답속도, 얇은 두께, 낮은 제조 비용 및 높은 콘트라스트(contrast) 등과 같은 우수한 디스플레이 특성을 나타낼 수 있다.In an organic light emitting device (OLED), a hole supplied from an anode and an electron supplied from a cathode combine in an organic light emitting layer to emit light, thereby displaying an image. It is a display element to form. Such an organic electroluminescent device may exhibit excellent display characteristics such as a wide viewing angle, a fast response speed, a thin thickness, a low manufacturing cost, and a high contrast.
또한, 유기 전계 발광 소자에서 유기 발광층의 재료로서 적절한 물질을 선택함으로써 원하는 색을 방출하게 할 수 있다. 이 원리에 따라, 유기 전계 발광 소자를 이용하여 컬러 디스플레이 장치를 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 청색 화소의 유기 발광층은 청색광을 발생시키는 유기 재료로 이루어지고, 녹색 화소의 유기 발광층은 녹색광을 발생시키는 유기 재료로 이루어지고, 적색 화소의 유기 발광층은 적색광을 발생시키는 유기 재료로 이루어질 수 있다. 또는, 하나의 유기 발광층 내에 청색광, 녹색광 및 적색광을 각각 발생시키는 복수의 유기 재료를 모두 배치하거나, 또는 서로 보색 관계에 있는 두 종류 이상의 유기 재료들의 쌍을 배치함으로써 백색 유기 전계 발광 소자를 구현할 수도 있다.In addition, it is possible to emit a desired color by selecting an appropriate material as a material of the organic light emitting layer in the organic electroluminescent device. According to this principle, it is possible to implement a color display device using an organic electroluminescent device. For example, the organic emission layer of a blue pixel is made of an organic material that emits blue light, the organic emission layer of a green pixel is made of an organic material that emits green light, and the organic emission layer of a red pixel is made of an organic material that emits red light. can Alternatively, a white organic electroluminescent device may be implemented by arranging all of a plurality of organic materials emitting blue light, green light and red light, respectively, or by arranging a pair of two or more kinds of organic materials having a complementary color relationship with each other in one organic light emitting layer. .
비금속 재료로 이루어진 복수의 나노 구조물을 구비한 반사층을 이용하여 매우 좁은 방출 스펙트럼을 구현함으로써 컬러 필터 없이도 높은 색순도를 달성할 수 있는 발광 소자 및 디스플레이 장치를 제공한다.Provided are a light emitting device and a display device capable of achieving high color purity without a color filter by implementing a very narrow emission spectrum using a reflective layer having a plurality of nanostructures made of a non-metallic material.
일 실시예에 따른 발광 소자는, 규칙적인 주기 구조로 2차원 배열되어 있는 복수의 나노 구조물 및 상기 복수의 나노 구조물을 둘러싸는 저굴절률층을 구비하는 반사층; 상기 반사층 상에 배치된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 유기 발광층; 및 상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하며, 각각의 나노 구조물은 비금속 재료로 이루어지며, 상기 저굴절률층은 상기 비금속 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다.A light emitting device according to an embodiment includes: a reflective layer including a plurality of nanostructures two-dimensionally arranged in a regular periodic structure and a low refractive index layer surrounding the plurality of nanostructures; a first electrode disposed on the reflective layer; an organic light emitting layer disposed on the first electrode; and a second electrode disposed on the organic light emitting layer, wherein each nanostructure is made of a non-metal material, and the low refractive index layer may be made of a dielectric material having a refractive index lower than that of the non-metal material.
상기 제 1 전극은 투명 전극이고 상기 제 2 전극은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과 전극일 수 있다.The first electrode may be a transparent electrode, and the second electrode may be a transflective electrode that reflects a portion of light and transmits a portion of the light.
상기 비금속 재료는 유전체 재료 또는 반도체 재료를 포함할 수 있다.The non-metallic material may include a dielectric material or a semiconductor material.
예를 들어, 상기 유전체 재료는 TiO2, BaTiO3, Cr2O3, HfO2, SiNx 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the dielectric material may include at least one of TiO2, BaTiO3, Cr2O3, HfO2, and SiNx.
예를 들어, 상기 반도체 재료는 Si, ZnS, ZnSe, GaP, InP, GaAs, GaN, AlAs2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the semiconductor material may include at least one of Si, ZnS, ZnSe, GaP, InP, GaAs, GaN, and AlAs 2 .
상기 반사층과 상기 제 2 전극은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성할 수 있다.The reflective layer and the second electrode may constitute a microcavity having a resonance wavelength.
상기 반사층은 상기 마이크로 캐비티의 공진 파장에 해당하는 파장을 갖는 광에 대해 가장 높은 반사율을 갖도록 상기 반사층의 각각의 나노 구조물의 직경, 각각의 나노 구조물의 높이 및 복수의 나노 구조물의 주기가 결정될 수 있다.The reflective layer has the highest reflectance with respect to light having a wavelength corresponding to the resonance wavelength of the microcavity. The diameter of each nanostructure of the reflective layer, the height of each nanostructure, and the period of the plurality of nanostructures may be determined. .
상기 복수의 나노 구조물의 주기는 상기 마이크로 캐비티의 공진 파장보다 작을 수 있다.A period of the plurality of nanostructures may be smaller than a resonance wavelength of the microcavity.
예를 들어, 상기 복수의 나노 구조물의 주기는 200 nm 내지 500 nm의 범위 내에 있을 수 있다.For example, the period of the plurality of nanostructures may be in the range of 200 nm to 500 nm.
예를 들어, 상기 각각의 나노 구조물의 높이는 20 nm 내지 200 nm의 범위 내에 있을 수 있다.For example, the height of each nanostructure may be in the range of 20 nm to 200 nm.
일 예에서, 상기 저굴절률층의 상부 표면이 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들을 덮도록 배치되며, 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들이 상기 제 1 전극과 접촉하지 않고 상기 저굴절률층의 상부 표면이 상기 제 1 전극과 직접 접촉할 수 있다.In an example, the upper surface of the low refractive index layer is disposed to cover the upper surfaces of the plurality of nanostructures, and the upper surfaces of the plurality of nanostructures do not contact the first electrode and the upper surface of the low refractive index layer This first electrode may be in direct contact.
다른 예에서, 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들과 상기 저굴절률층의 상부 표면이 동일 평면 상에 배치되며, 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들과 상기 저굴절률층의 상부 표면이 상기 제 1 전극과 직접 접촉할 수 있다.In another example, the upper surfaces of the plurality of nanostructures and the upper surface of the low refractive index layer are disposed on the same plane, and the upper surfaces of the plurality of nanostructures and the upper surface of the low refractive index layer are the first It can be in direct contact with the electrode.
일 예에서, 상기 반사층은 상기 복수의 나노 구조물의 하부 표면과 직접 접촉하도록 배치된 평평한 금속 반사막을 더 포함할 수 있다.In one example, the reflective layer may further include a flat metal reflective film disposed to be in direct contact with the lower surfaces of the plurality of nanostructures.
상기 저굴절률층은 상기 금속 반사막을 둘러싸도록 배치될 수 있다.The low refractive index layer may be disposed to surround the metal reflective layer.
다른 예에서, 상기 반사층은 상기 저굴절률층의 하부 표면에 배치된 평평한 금속 반사막을 더 포함할 수 있다.In another example, the reflective layer may further include a flat metal reflective film disposed on a lower surface of the low refractive index layer.
상기 저굴절률층은 상기 복수의 나노 구조물의 하부 표면에 배치된 제 1 저굴절률층 및 상기 복수의 나노 구조물의 측면과 상부 표면을 둘러싸도록 배치된 제 2 저굴절률층을 포함하며, 상기 제 1 저굴절률층과 제 2 저굴절률층은 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다.The low refractive index layer includes a first low refractive index layer disposed on the lower surfaces of the plurality of nanostructures and a second low refractive index layer disposed to surround side surfaces and upper surfaces of the plurality of nanostructures, the first low The refractive index layer and the second low refractive index layer may be made of dielectric materials having different refractive indices.
다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 제 1 파장의 광을 방출하는 제 1 화소; 및 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 광을 방출하는 제 2 화소;를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 화소는: 규칙적인 주기 구조로 2차원 배열되어 있는 복수의 나노 구조물 및 상기 복수의 나노 구조물을 둘러싸는 저굴절률층을 구비하는 반사층; 상기 반사층 상에 배치된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 것으로, 제 1 파장의 광 및 제 2 파장의 광을 포함하는 가시광을 방출하는 유기 발광층; 및 상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하고, 여기서 각각의 나노 구조물은 비금속 재료로 이루어지며, 상기 저굴절률층은 상기 비금속 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다.A display device according to another embodiment includes: a first pixel emitting light of a first wavelength; and a second pixel emitting light of a second wavelength different from the first wavelength. For example, the first pixel may include: a reflective layer including a plurality of nanostructures two-dimensionally arranged in a regular periodic structure and a low refractive index layer surrounding the plurality of nanostructures; a first electrode disposed on the reflective layer; an organic light emitting layer disposed on the first electrode and emitting visible light including light of a first wavelength and light of a second wavelength; and a second electrode disposed on the organic light emitting layer, wherein each nanostructure is made of a non-metal material, and the low refractive index layer may be made of a dielectric material having a refractive index lower than that of the non-metal material.
상기 제 1 화소의 반사층은 상기 제 1 파장의 광에 대해 가장 높은 반사율을 갖고 상기 제 2 파장의 광을 투과 또는 흡수하도록 상기 반사층의 각각의 나노 구조물의 직경, 각각의 나노 구조물의 높이 및 복수의 나노 구조물의 주기가 결정될 수 있다.The reflective layer of the first pixel has the highest reflectivity with respect to the light of the first wavelength and transmits or absorbs the light of the second wavelength, the diameter of each nanostructure of the reflective layer, the height of each nanostructure, and a plurality of The period of the nanostructure may be determined.
또한, 상기 제 2 화소는: 규칙적인 주기 구조로 2차원 배열되어 있는 복수의 나노 구조물 및 상기 복수의 나노 구조물을 둘러싸는 저굴절률층을 구비하는 반사층; 상기 반사층 상에 배치된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 것으로, 제 1 파장의 광 및 제 2 파장의 광을 포함하는 가시광을 방출하는 유기 발광층; 및 상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하고, 상기 제 2 화소의 반사층의 각각의 나노 구조물은 비금속 재료로 이루어지며, 상기 제 2 화소의 반사층의 저굴절률층은 상기 비금속 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다.In addition, the second pixel may include: a reflective layer including a plurality of nanostructures two-dimensionally arranged in a regular periodic structure and a low refractive index layer surrounding the plurality of nanostructures; a first electrode disposed on the reflective layer; an organic light emitting layer disposed on the first electrode and emitting visible light including light of a first wavelength and light of a second wavelength; and a second electrode disposed on the organic light emitting layer, wherein each nanostructure of the reflective layer of the second pixel is made of a non-metal material, and the low refractive index layer of the reflective layer of the second pixel has a refractive index of the non-metal material It may be made of a dielectric material having a lower refractive index.
상기 제 2 화소의 반사층은 상기 제 2 파장의 광에 대해 가장 높은 반사율을 갖고 상기 제 1 파장의 광을 투과 또는 흡수하도록 상기 제 2 화소의 반사층의 각각의 나노 구조물의 직경, 각각의 나노 구조물의 높이 및 복수의 나노 구조물의 주기가 결정될 수 있다.The reflective layer of the second pixel has the highest reflectance with respect to the light of the second wavelength and transmits or absorbs the light of the first wavelength, the diameter of each nanostructure of the reflective layer of the second pixel, the diameter of each nanostructure The height and period of the plurality of nanostructures may be determined.
상기 제 1 화소의 반사층의 각각의 나노 구조물의 높이와 상기 제 2 화소의 반사층의 각각의 나노 구조물의 높이는 서로 동일하고, 상기 제 1 화소의 반사층의 복수의 나노 구조물의 주기와 상기 제 2 화소의 반사층의 복수의 나노 구조물의 주기는 서로 다를 수 있다.The height of each nanostructure of the reflective layer of the first pixel and the height of each nanostructure of the reflective layer of the second pixel are the same, and the period of the plurality of nanostructures of the reflective layer of the first pixel and the period of the second pixel Periods of the plurality of nanostructures of the reflective layer may be different from each other.
상기 제 1 화소의 제 1 전극, 유기 발광층, 및 제 2 전극은 상기 제 2 화소의 제 1 전극, 유기 발광층, 및 제 2 전극과 서로 동일할 수 있다.The first electrode, the organic emission layer, and the second electrode of the first pixel may be the same as the first electrode, the organic emission layer, and the second electrode of the second pixel.
개시된 실시예에 따르면, 반사층의 각각의 나노 구조물의 직경, 각각의 나노 구조물의 높이 및 복수의 나노 구조물의 주기에 따라 마이크로 캐비티의 공진 파장이 결정될 수 있다. 따라서, 반사층의 각각의 나노 구조물을 적절하게 배열함으로써 마이크로 캐비티를 포함하는 발광 소자에서 마이크로 캐비티의 공진 파장을 발광 소자의 발광 파장에 용이하게 매칭시킬 수 있다.According to the disclosed embodiment, the resonance wavelength of the microcavity may be determined according to the diameter of each nanostructure of the reflective layer, the height of each nanostructure, and the period of the plurality of nanostructures. Accordingly, by appropriately arranging each nanostructure of the reflective layer, the resonance wavelength of the microcavity in the light emitting device including the microcavity can be easily matched to the emission wavelength of the light emitting device.
또한, 반사층의 각각의 나노 구조물의 배열에 따라 방출 스펙트럼을 결정할 수 있기 때문에, 복수의 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치에서 복수의 화소들의 두께를 동일하게 구성하는 것이 가능하다.In addition, since the emission spectrum can be determined according to the arrangement of each nanostructure of the reflective layer, it is possible to configure the thickness of the plurality of pixels in the display device including the plurality of light emitting devices to be the same.
또한, 개시된 실시예에 따르면, 비금속 재료로 이루어진 복수의 나노 구조물을 구비한 반사층을 이용하여 매우 좁은 방출 스펙트럼을 구현할 수 있다. 따라서, 개시된 발광 소자는 높은 색순도를 달성할 수 있다.In addition, according to the disclosed embodiment, a very narrow emission spectrum may be realized by using a reflective layer having a plurality of nanostructures made of a non-metallic material. Accordingly, the disclosed light emitting device can achieve high color purity.
도 1은 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유기 발광층의 예시적인 구조를 보다 상세히 보이는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유기 발광층의 다른 예시적인 구조를 보다 상세히 보이는 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 반사층의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 반사층의 복수의 나노 구조물의 다른 예시적인 배열을 보이는 평면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 각각의 나노 구조물의 두께와 주기에 따른 반사층의 반사율 변화를 보이는 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c는 각각 청색광, 녹색광, 및 적색광에서 선택적으로 높은 반사율을 가지는 일 실시예에 따른 반사층의 단면도이다.
도 9는 복수의 나노 구조물의 주기에 대해 반사층의 반사율과 파장 사이의 관계를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 10은 마이크로 캐비티의 광학적 길이에 따른 발광 소자의 특성을 모의 실험하기 위한 구조물을 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 마이크로 캐비티의 광학적 길이에 따른 청색광, 녹색광, 및 적색광의 반사율을 모의 실험한 결과를 보이는 그래프이다.
도 12 및 도 13은 각각 도 10에 도시된 마이크로 캐비티의 광학적 길이에 따른 녹색광 및 적색광의 방출 스펙트럼을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 14a 내지 도 14c는 각각 청색광, 녹색광, 및 적색광에서 선택적으로 높은 반사율을 가지는 다른 실시예에 따른 반사층의 단면도이다.
도 15는 청색광, 녹색광, 및 적색광에 대해 복수의 나노 구조물의 주기와 반사층의 반사율 사이의 관계를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 16은 복수의 나노 구조물의 주기에 대해 반사층의 반사율과 파장 사이의 관계를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 17 내지 도 19는 각각 마이크로 캐비티의 광학적 길이에 따른 청색광, 녹색광 및 적색광의 방출 스펙트럼을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 20 및 도 21은 다른 실시예들에 따른 반사층의 복수의 나노 구조물의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 22는 청색광을 반사하도록 구성된 반사층에서 나노 구조물의 형태에 따른 반사층의 반사 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 23은 녹색광을 반사하도록 구성된 반사층에서 나노 구조물의 형태에 따른 반사층의 반사 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 24는 적색광을 반사하도록 구성된 반사층에서 나노 구조물의 형태에 따른 반사층의 반사 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 25는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 26은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 27은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 28은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 29는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 30은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a light emitting device according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an exemplary structure of the organic light emitting layer shown in FIG. 1 in more detail.
3 is a cross-sectional view showing another exemplary structure of the organic light emitting layer shown in FIG. 1 in more detail.
FIG. 4 is a perspective view schematically showing an exemplary structure of the reflective layer shown in FIG. 1 .
5 and 6 are plan views showing another exemplary arrangement of a plurality of nanostructures of the reflective layer shown in FIG. 1 .
7A to 7D are graphs showing changes in reflectance of the reflective layer according to the thickness and period of each nanostructure.
8A to 8C are cross-sectional views of reflective layers having selectively high reflectance in blue light, green light, and red light, respectively, according to an exemplary embodiment.
9 is a graph exemplarily showing the relationship between the reflectance of the reflective layer and the wavelength with respect to the period of a plurality of nanostructures.
10 is a cross-sectional view illustrating a structure for simulating characteristics of a light emitting device according to an optical length of a microcavity.
11 is a graph showing the results of a simulation experiment for reflectance of blue light, green light, and red light according to the optical length of the microcavity shown in FIG. 10 .
12 and 13 are graphs exemplarily showing emission spectra of green light and red light according to the optical length of the microcavity shown in FIG. 10 , respectively.
14A to 14C are cross-sectional views of a reflective layer according to another exemplary embodiment having selectively high reflectance in blue light, green light, and red light, respectively.
15 is a graph exemplarily showing a relationship between a period of a plurality of nanostructures and reflectance of a reflective layer with respect to blue light, green light, and red light.
16 is a graph exemplarily showing a relationship between a reflectance of a reflective layer and a wavelength with respect to a period of a plurality of nanostructures.
17 to 19 are graphs exemplarily showing emission spectra of blue light, green light, and red light according to the optical length of the microcavity.
20 and 21 are plan views exemplarily showing shapes of a plurality of nanostructures of a reflective layer according to other embodiments.
22 is a graph exemplarily showing the reflection characteristics of the reflection layer according to the shape of the nanostructure in the reflection layer configured to reflect blue light.
23 is a graph exemplarily showing the reflection characteristics of the reflection layer according to the shape of the nanostructure in the reflection layer configured to reflect green light.
24 is a graph exemplarily showing the reflective properties of the reflective layer according to the shape of the nanostructure in the reflective layer configured to reflect red light.
25 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a light emitting device according to another exemplary embodiment.
26 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a light emitting device according to another embodiment.
27 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a light emitting device according to another embodiment.
28 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a light emitting device according to another embodiment.
29 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a display device according to an exemplary embodiment.
30 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a display device according to another exemplary embodiment.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 발광 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.Hereinafter, a light emitting device and a display device including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, the embodiments described below are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, what is described as "upper" or "upper" may include not only directly on in contact but also on non-contacting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Also, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
"상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 다수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다. The use of the term “above” and similar referential terms may apply to both the singular and the plural. Unless the order of the steps constituting the method is clearly stated or there is no description to the contrary, these steps may be performed in an appropriate order, and the order is not necessarily limited to the described order.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .
도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. Connections or connecting members of lines between the components shown in the drawings illustratively represent functional connections and/or physical or circuit connections, and in an actual device, various functional connections, physical connections, or circuit connections.
모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이런 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.The use of all examples or exemplary terms is merely for describing the technical idea in detail, and the scope is not limited by these examples or exemplary terms unless limited by the claims.
도 1은 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자(100)는, 2차원 배열되어 있는 복수의 나노 구조물(112)을 구비하는 반사층(110), 반사층(110) 상에 배치된 제 1 전극(121), 제 1 전극(121) 상에 배치된 유기 발광층(130), 및 유기 발광층(130) 상에 배치된 제 2 전극(122)을 포함할 수 있다. 발광 소자(100)는 제 2 전극(122) 위에 배치되어 제 2 전극(122)을 보호하는 투명한 보호층(passivation layer)(140)을 더 포함할 수도 있다.1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a light emitting device according to an embodiment. Referring to FIG. 1 , a
발광 소자(100)는 유기 전계 발광 다이오드(OLED; organic light emitting diode)일 수 있다. 예를 들어, 도 2는 도 1에 도시된 유기 발광층(130)의 예시적인 구조를 보다 상세히 보이는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 유기 발광층(130)은 제 1 전극(121)의 상부 표면 위에 배치된 정공 주입층(hole jnjection layer)(132), 정공 주입층(132) 상에 배치된 유기 발광 재료층(131), 및 유기 발광 재료층(131) 상에 배치된 전자 주입층(electron injection layer)(133)을 포함할 수 있다. 이러한 구조에서, 정공 주입층(132)을 통해 제공된 정공과 전자 주입층(133)을 통해 제공된 전자가 유기 발광 재료층(131)에서 결합하여 빛이 발생하게 된다. 발생하는 빛의 파장은 유기 발광 재료층(131)의 발광 재료의 에너지 밴드갭에 의해 결정될 수 있다.The
또한, 유기 발광층(130)은 정공의 전달을 더욱 원활하게 하기 위하여 정공 주입층(132)과 유기 발광 재료층(131) 사이에 배치된 정공 수송층(hole tranfer layer)(134)을 더 포함할 수 있다. 또한, 유기 발광층(130)은 전자의 전달을 더욱 원활하게 하기 위하여 전자 주입층(133)과 유기 발광 재료층(131) 사이에 배치된 전자 수송층(electron transfer layer)(135)을 더 포함할 수 있다. 또한, 도 2에는 도시되지 않았지만, 유기 발광층(130)은 필요에 따라 다양한 추가적인 층들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 유기 발광층(130)은 정공 수송층(134)과 유기 발광 재료층(131)사이에 전자 저지층(electron block layer)을 더 포함할 수 있고, 또한 유기 발광 재료층(131)과 전자 수송층(135) 사이에 정공 저지층(hole block layer)을 더 포함할 수도 있다.In addition, the organic
유기 발광 재료층(131)은 가시광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유기 발광 재료층(131)은 적색광의 파장 대역, 녹색광의 파장 대역, 및 청색광의 파장 대역 중에서 어느 한 파장 대역의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 또는, 유기 발광 재료층(131)은 적색광, 녹색광, 및 청색광을 모두 포함하는 백색 가시광을 방출하도록 구성될 수 있다.The organic light emitting
예를 들어, 도 3은 도 1에 도시된 유기 발광층(130)의 다른 예시적인 구조를 보다 상세히 보이는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 유기 발광 재료층(131)은 적색광을 방출하는 제 1 유기 발광 재료층(131a), 녹색광을 방출하는 제 2 유기 발광 재료층(131b), 및 청색광을 방출하는 제 3 유기 발광 재료층(131c)을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 유기 발광 재료층(131a)과 제 2 유기 발광 재료층(131b) 사이 및 제 2 유기 발광 재료층(131b)과 제 3 유기 발광 재료층(131c) 사이에는 엑시톤 저지층(excition blocking layer)(136)이 배치될 수 있다. 그러면, 유기 발광층(130)은 백색광을 방출할 수 있다. 그러나 백색광을 방출하는 유기 발광층(130)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 3개의 유기 발광 재료층(131a, 131b, 131c)을 포함하는 대신에, 유기 발광층(130)은 서로 보색 관계에 있는 2개의 유기 발광 재료층을 포함할 수도 있다.For example, FIG. 3 is a cross-sectional view showing another exemplary structure of the organic
유기 발광층(130)의 하부면에 배치된 제 1 전극(121)은 정공을 제공하는 양극의 역할을 할 수 있다. 유기 발광층(130)의 상부면에 배치된 제 2 전극(122)은 전자를 제공하는 음극의 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 제 1 전극(121)은 상대적으로 높은 일함수(work function)를 갖는 재료로 이루어지고 제 2 전극(122)은 상대적으로 낮은 일함수를 갖는 재료로 이루어질 수 있다.The
또한, 제 1 전극(121)은 빛(예컨대, 가시광)을 투과시키는 성질을 갖는 투명 전극이 될 수 있다. 예컨대, 제 1 전극(121)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indume zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)을 포함할 수 있다.Also, the
제 2 전극(122)은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과 전극이 될 수 있다. 이를 위해, 제 2 전극(122)은 매우 얇은 두께의 반사성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(122)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금으로 이루어지거나, 또는 은(Ag)과 마그네슘(Mg)의 복층 구조 또는 알루미늄(Al)과 리튬(Li)의 복층 구조로 이루어질 수 있다. 제 2 전극(122)의 전체 두께는 약 10 nm 내지 50 nm일 수 있다. 제 2 전극(122)의 두께가 매우 얇기 때문에 빛의 일부가 반사성 금속을 통과할 수 있다.The
반사층(110)은 유기 발광층(130)에서 발생하여 제 1 전극(121)을 투과한 빛을 반사하도록 구성될 수 있다. 특히, 반사층(110)은 특정한 파장 대역의 빛만을 선택적으로 반사하고 다른 파장 대역의 빛은 투과 또는 흡수하도록 구성될 수 있다.The
또한, 반사층(110)은 제 2 전극(122)과 함께 마이크로 캐비티를 구성하는 역할을 한다. 다시 말해, 발광 소자(100)의 반사층(110)과 제 2 전극(122) 사이에 마이크로 캐비티가 형성된다. 예를 들어, 유기 발광층(130)에서 발생한 빛은 반사층(110)과 제 2 전극(122) 사이를 왕복하며 공진한 후에 마이크로 캐비티의 공진 파장에 해당하는 빛이 제 2 전극(122)을 통해 외부로 방출될 수 있다.In addition, the
반사층(110)과 제 2 전극(122) 사이에 형성된 마이크로 캐비티의 공진 파장은 마이크로 캐비티의 광학적 길이(optical length)(L)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 캐비티의 공진 파장을 λ라고 할 때, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)는 nλ/2 (n은 자연수)일 수 있다. 이러한 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)는 반사층(110)과 제 2 전극(122) 사이의 마이크로 캐비티를 형성하는 층들의 광학적 두께, 제 2 전극(122)에 의한 위상 지연, 및 반사층(110)에 의한 위상 변이(예컨대, 위상 지연)의 합으로 결정될 수 있다. 여기서, 반사층(110)과 제 2 전극(122) 사이의 마이크로 캐비티를 형성하는 층들의 광학적 두께는 단순한 물리적인 두께가 아니라, 마이크로 캐비티를 형성하는 층들의 재료들의 굴절률을 고려한 두께이다. 예를 들어, 마이크로 캐비티를 형성하는 층들의 광학적 두께는 제 1 전극(121)의 광학적 두께, 및 유기 발광층(130)의 광학적 두께의 합이 될 수 있다.The resonance wavelength of the micro-cavity formed between the
본 실시예에 따르면, 마이크로 캐비티를 형성하는 층들의 광학적 두께 및 제 2 전극(122)에 의한 위상 지연을 고정하여 두고, 반사층(110)에 의한 위상 변이만을 조절함으로써 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L) 또는 마이크로 캐비티의 공진 파장을 조절할 수 있다. 반사층(110)의 파장 선택성 및 반사층(110)에 의한 위상 변이를 조절하기 위하여, 제 1 전극(121)과 접하는 반사층(110)의 반사면에는 위상 변조 표면이 형성되어 있다. 위상 변조 표면은 나노 규모의 매우 작은 패턴들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사층(110)의 위상 변조 표면은 가시광의 파장보다 작은 크기의 나노 구조물들이 주기적으로 배치된 메타 구조(meta structure)를 가질 수 있다.According to the present embodiment, the optical thickness of the layers forming the microcavity and the phase delay by the
다시 도 1을 참조하면, 반사층(110)은 규칙적인 주기 구조로 2차원 배열되어 있는 복수의 나노 구조물(112) 및 복수의 나노 구조물(112)을 둘러싸는 저굴절률층(111)을 포함할 수 있다. 저굴절률층(111)은 나노 구조물(112)의 하부 표면, 측면, 및 상부 표면을 완전히 둘러싸도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 나노 구조물(112)은 저굴절률층(111) 내에 완전히 매립될 수 있다. 따라서, 복수의 나노 구조물(112)의 상부 표면들은 제 1 전극(121)과 접촉하지 않고 저굴절률층(111)의 상부 표면만이 제 1 전극(111)과 직접 접촉할 수 있다. 저굴절률층(111) 내에서 복수의 나노 구조물(112)은 동일 평면 상에서 수평 방향으로 배열될 수 있다.Referring back to FIG. 1 , the
각각의 나노 구조물(112)은 제 1 굴절률을 갖는 비금속 재료로 이루어지며, 저굴절률층(111)은 제 1 굴절률보다 낮은 제 2 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 각각의 나노 구조물(112)을 구성하는 비금속 재료는 가시광선 영역에서 굴절률이 높으면서 광 흡수가 적은 유전체 재료 또는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전체 재료는 TiO2, BaTiO3, Cr2O3, HfO2, SiNx 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 반도체 재료는 Si, ZnS, ZnSe, GaP, InP, GaAs, GaN, AlAs2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 저굴절률층(111)은, 예를 들어, SiO2, 실란올계 유리(SOG; siloxane-based spin on glass) 등과 같이 저굴절률을 가지면서 가시광 대역에서 흡수율이 낮은 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 각각의 나노 구조물(112)과 저굴절률층(111)은 반사성이 낮은 재료로 이루어지지만, 가시광선의 파장보다 작은 크기를 갖는 복수의 나노 구조물(112)을 주기적으로 배열함으로써 도파모드 공진(guided mode resonance)이 형성되어, 반사층(110)이 특정 파장의 빛에 대해 높은 반사율을 갖게 될 수 있다.Each of the
예를 들어, 각각의 나노 구조물(112)이 원기둥인 경우, 반사층(110)에서 반사되는 빛의 파장은 각각의 나노 구조물(112)의 직경(W), 각각의 나노 구조물(112)의 두께(T), 및 복수의 나노 구조물(112)의 피치 또는 주기(P)에 의해 결정될 수 있다. 또는, 각각의 나노 구조물(112)이 다각형 기둥인 경우에는, 반사층(110)에서 반사되는 빛의 파장은 각각의 나노 구조물(112)의 최대폭(W), 각각의 나노 구조물(112)의 두께(T), 및 복수의 나노 구조물(112)의 피치 또는 주기(P)에 의해 결정될 수 있다.For example, when each
특히, 나노 구조물(112)의 두께(T)가 작을 때 반사율 피크의 반치폭이 작아서 특정 파장 이외의 파장에서 반사율이 낮으며 나노 구조물(112)의 두께(T)가 커지면 반사율 피크의 반치폭이 커진다. 예를 들어, 나노 구조물(112)의 두께(T)는 약 20 nm 내지 약 200 nm일 수 있다. 또한, 나노 구조물(112)의 두께(T)를 고정할 경우에, 각각의 나노 구조물(112)의 직경 또는 폭(W)과 복수의 나노 구조물(112)의 피치 또는 주기(P)를 조절하여 특정 파장의 반사율 제어가 가능하다. 예를 들어, 가시광선 영역에서 사용하는 경우에 각각의 나노 구조물(112)의 직경 또는 폭(W)은 약 100 nm 내지 약 250 nm일 수 있으며, 복수의 나노 구조물(112)의 피치 또는 주기(P)는 약 200 nm 내지 약 500 nm일 수 있다.In particular, when the thickness T of the
또한, 반사층(110)에 의한 반사광의 위상 지연도 각각의 나노 구조물(112)의 직경 또는 폭(W), 복수의 나노 구조물(112)의 피치 또는 주기(P), 및 각각의 나노 구조물(112)의 두께(T)에 의해 결정될 수 있다.In addition, the phase delay of the reflected light by the
따라서, 마이크로 캐비티의 공진 파장은 각각의 나노 구조물(112)의 직경(W), 각각의 나노 구조물(112)의 두께(T) 및 복수의 나노 구조물(112)의 주기(P)에 의해 결정될 수 있다. 다시 말해, 마이크로 캐비티의 공진 파장을 λ라고 할 때, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)가 nλ/2 (n은 자연수)를 만족하도록 각각의 나노 구조물(112)의 직경(W), 각각의 나노 구조물(112)의 두께(T) 및 복수의 나노 구조물(112)의 주기(P)가 선택될 수 있다. 또한, 마이크로 캐비티의 공진 파장에 해당하는 파장을 갖는 빛에 대해 반사층(110)이 가장 높은 반사율을 갖도록, 각각의 나노 구조물(112)의 직경(W), 각각의 나노 구조물(112)의 두께(T) 및 복수의 나노 구조물(112)의 주기(P)가 결정될 수 있다.Therefore, the resonance wavelength of the microcavity may be determined by the diameter (W) of each
그러면, 마이크로 캐비티의 공진 파장을 발광 소자(100)의 발광 파장 또는 발광색에 용이하게 매칭시킬 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(100)가 적색 발광 소자인 경우, 마이크로 캐비티의 공진 파장이 적색 파장 대역에 대응하고 반사층(110)이 적색 파장 대역의 빛에 대해 가장 높은 반사율을 갖도록, 각각의 나노 구조물(112)의 직경(W), 각각의 나노 구조물(112)의 높이(H), 및 복수의 나노 구조물(112)의 주기(P)를 선택할 수 있다. 이러한 방식으로, 반사층(110)의 위상 변조 표면의 구조만으로 발광 소자(100)의 발광 파장을 결정하는 것이 가능하다.Then, the resonance wavelength of the microcavity can be easily matched to the emission wavelength or emission color of the
마이크로 캐비티가 편광 의존성을 갖는 것을 방지하기 위하여, 복수의 나노 구조물(112)은 4방 대칭(4-fold symmetry) 특성을 갖도록 규칙적이고 주기적으로 배열될 수 있다. 마이크로 캐비티가 편광 의존성을 가지면, 특정 편광 성분의 빛만이 공진하게 되어 발광 소자(100)의 발광 효율이 저하될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 도 1에 도시된 반사층(110)의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 4를 참조하면, 원기둥 형태를 갖는 복수의 나노 구조물(112)이 규칙적인 사각형 어레이(square array)의 형태로 2차원 배열될 수 있다. 도 4에는 나노 구조물(112)이 원기둥 형태인 것으로 도시되었지만, 나노 구조물(112)의 형태는 반드시 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 나노 구조물(112)은 타원 기둥, 사각형 기둥, 오각형 이상의 다각형 기둥, 또는 십자가형 기둥 등의 형태를 가질 수도 있다.In order to prevent the microcavities from having polarization dependence, the plurality of
도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 반사층(110)의 복수의 나노 구조물(112)의 다른 예시적인 배열을 보이는 평면도이다. 복수의 나노 구조물(112)은 4방 대칭 특성을 갖는다면 사각형 어레이 외에 다른 배열 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 나노 구조물(112)은 육각형 어레이(hexagonal array)의 형태로 2차원 배열될 수 있다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 나노 구조물(112)은 체심 사각형 어레이(body-centered square)의 형태로 2차원 배열될 수 있다.5 and 6 are plan views showing another exemplary arrangement of the plurality of
또한, 도 4 내지 도 6에는 복수의 나노 구조물(112)이 규칙적인 2차원 어레이 패턴으로 배열된 것으로 도시되었다. 그러나, 4방 대칭 특성을 갖는다면 복수의 나노 구조물(112)은 어떠한 다른 형태의 어레이로도 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노 구조물(112)이 불규칙적으로 배열될 수도 있다. 한편, 다른 실시예에서는, 발광 소자(100)가 의도적으로 특정한 편광 성분의 빛만을 방출하도록 복수의 나노 구조물(112)의 배열을 4방 대칭과 다르게 설계할 수도 있다. 예를 들어, 복수의 나노 구조물(112)이 1차원 어레이 패턴으로 배열될 수도 있다.In addition, it is shown that the plurality of
이하에서는, 비금속 재료로 이루어진 복수의 나노 구조물(112)을 포함하는 반사층(110)의 반사 특성에 대해 모의 실험한 결과에 대해 설명한다.Hereinafter, a result of a simulation experiment with respect to the reflection characteristics of the
먼저, 도 7a 내지 도 7d는 각각의 나노 구조물(112)의 두께와 주기에 따른 반사층(110)의 반사율 변화를 보이는 그래프이다. 각각의 나노 구조물(112)은 원기둥 형태의 Si을 사용하였으며 저굴절률층(111)은 SiO2를 사용하였다. 도 7a 내지 도 7d는 각각의 나노 구조물(112)의 두께가 각각 30 nm, 40 nm, 50 nm, 및 120 nm인 경우에 대한 그래프이다. 도 7a 내지 도 7d의 그래프에서 빗금친 영역은 반사층(110)의 반사율이 80% 이상인 경우를 나타낸다.First, FIGS. 7A to 7D are graphs showing changes in reflectivity of the
도 7a 내지 도 7d의 그래프에서 알 수 있듯이, 각각의 나노 구조물(112)의 두께가 고정되었을 때, 복수의 나노 구조물(112)의 주기가 증가할수록 반사층(110)의 반사율이 80% 이상인 파장 대역이 증가할 수 있다. 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 반사층(110)의 반사율이 80% 이상인 파장보다 작다. 따라서, 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 마이크로 캐비티의 공진 파장보다 작도록 선택될 수 있다.As can be seen from the graphs of FIGS. 7A to 7D , when the thickness of each
또한, 각각의 나노 구조물(112)의 두께가 증가할수록, 동일한 주기에 대해 반사층(110)의 반사율이 80% 이상인 파장 대역의 폭이 증가하게 된다. 이는 반사율 피크의 반치폭이 증가한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 각각의 나노 구조물(112)의 두께 120 nm인 경우에 반사율이 80% 이상인 파장 대역의 폭은 각각의 나노 구조물(112)의 두께가 30 nm인 경우에 반사율이 80% 이상인 파장 대역의 폭보다 크게 증가한다는 것을 알 수 있다. 반사율 피크의 반치폭이 증가하면 발광 소자(100)에서 방출된 빛의 색순도가 저하될 수 있다. 따라서, 나노 구조물(112)의 재료와 저굴절률층(111)의 재료에 따라 반사층(110)의 반사율 특성이 달라질 수 있지만, 각각의 나노 구조물(112)의 두께는 200 nm 이하로 선택될 수 있다.In addition, as the thickness of each
도 8a 내지 도 8c는 각각 청색광, 녹색광, 및 적색광에서 선택적으로 높은 반사율을 가지는 일 실시예에 따른 반사층(110)의 단면도이다. 나노 구조물(112)은 원기둥 형태의 Si을 사용하였으며 저굴절률층(111)은 SiO2를 사용하였다. 도 8a 내지 도 8c에서 나노 구조물(112)의 두께는 60 nm로 고정하였다. 청색광을 반사하는 도 8a에 도시된 반사층(110)에서 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 236 nm이고, 녹색광을 반사하는 도 8b에 도시된 반사층(110)에서 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 337 nm이며, 적색광을 반사하는 도 8c에 도시된 반사층(110)에서 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 412 nm였다. 도 8a 내지 도 8c에서 각각의 나노 구조물(112)의 직경은 주기의 1/2로 선택되었다.8A to 8C are cross-sectional views of the
도 9는 복수의 나노 구조물(112)의 주기에 대해 반사층(110)의 반사율과 파장 사이의 관계를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 9의 그래프를 참조하면, 도 8a에 도시된 반사층(110)에서 약 450 nm 파장을 갖는 청색광의 반사율이 61.5%로 가장 높으며, 도 8b에 도시된 반사층(110)에서 약 550 nm 파장을 갖는 녹색광의 반사율이 92.6%로 가장 높고, 도 8c에 도시된 반사층(110)에서 약 650 nm 파장을 갖는 적색광의 반사율이 91.9%로 가장 높다는 것을 알 수 있다. 따라서, 비금속 재료로 이루어진 복수의 나노 구조물(112)을 포함하는 반사층(110)을 이용하면, 가시광선 영역 중에서 특정 파장만의 반사율을 높임으로써 발광 소자(100)의 발광 파장을 선택할 수 있다.9 is a graph exemplarily showing the relationship between the reflectance of the
비금속 재료로 이루어진 복수의 나노 구조물(112)을 포함하는 반사층(110)과 얇고 편평한 제 2 전극(122) 사이에 유기 발광층(130)을 채우면 높은 효율을 가지는 전면 발광 방식의 마이크로 캐비티를 만들 수 있다. 도 10은 마이크로 캐비티의 광학적 길이에 따른 발광 소자(100)의 특성을 모의 실험하기 위한 구조물을 예시적으로 보이는 단면도이다. 모의 실험을 위한 도 10에 도시된 구조물에서는 반사층(110)과 제 2 전극(122) 사이에 유기 발광층 대신에 저굴절률층(111)의 재료와 동일한 SiO2를 채웠다. 반사층(110)은 도 8a 내지 도 8c에 도시된 반사층을 각각 사용하였다. 제 2 전극(122)은 30 nm 두께의 은(Ag)을 사용하였다.When the organic
실험은 구조물의 바깥쪽에서 제 2 전극(122)을 향해 백색광을 조사하여 반사되는 빛의 스펙트럼을 측정하는 방식으로 수행되었고, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)를 바꾸어가며 실험하였다. 이 경우, 마이크로 캐비티의 공진 파장에 해당하는 파장을 갖는 빛은 반사층(110)과 제 2 전극(122) 사이에서 공진하는 동안 SiO2에 의해 흡수되므로 반사율이 낮아진다.The experiment was performed by irradiating white light toward the
도 11은 도 10에 도시된 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)에 따른 청색광, 녹색광, 및 적색광의 반사율을 모의 실험한 결과를 보이는 그래프이다. 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)의 변화에 따라 도 10에 도시된 구조물에서 흡수되는 빛의 파장이 달라진다. 그리고 점선 원으로 표시된 바와 같이, 청색광, 녹색광, 및 적색광이 모두 흡수되도록 하는 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)가 존재한다. 예를 들어, 청색광을 흡수하는 광학적 길이, 녹색광을 흡수하는 광학적 길이, 및 적색광을 흡수하는 광학적 길이의 공배수에 해당하는 광학적 길이에서 청색광, 녹색광, 및 적색광이 모두 흡수될 수 있다.11 is a graph showing the results of a simulation experiment for reflectance of blue light, green light, and red light according to the optical length L of the microcavity shown in FIG. 10 . The wavelength of light absorbed by the structure shown in FIG. 10 varies according to a change in the optical length L of the microcavity. And, as indicated by the dotted circle, there is an optical length L of the microcavity such that blue light, green light, and red light are all absorbed. For example, blue light, green light, and red light may all be absorbed at an optical length corresponding to a common multiple of an optical length absorbing blue light, an optical length absorbing green light, and an optical length absorbing red light.
이러한 점을 고려하여, 발광 소자(100)의 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)를 적절히 선택하면 반사층(110)의 나노 구조물(112)의 치수만으로 발광 소자(100)의 발광색을 결정할 수 있다. 따라서, 청색광을 방출하는 발광 소자, 녹색광을 방출하는 발광 소자, 및 적색광을 방출하는 발광 소자의 물리적인 두께를 동일하게 만들 수 있다. 예를 들어, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)를 고정하고 나노 구조물(112)의 치수 변경을 통해 청색광을 방출하는 발광 소자, 녹색광을 방출하는 발광 소자, 및 적색광을 방출하는 발광 소자를 제작할 수 있다. 그리고, 이렇게 제작된 청색광, 녹색광, 및 적색광을 각각 방출하는 발광소자들의 물리적인 두께를 동일하게 만들 수 있다.In consideration of this point, when the optical length L of the microcavity of the
도 12 및 도 13은 각각 도 10에 도시된 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)에 따른 녹색광 및 적색광의 방출 스펙트럼을 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 12 및 도 13에서는 반사층(110)과 제 2 전극(122) 사이의 SiO2 내에 백색 광원이 배치된 것으로 가정하였으며, 제 2 전극(122)을 통해 방출되는 빛의 세기를 계산하였다.12 and 13 are graphs exemplarily showing emission spectra of green light and red light according to the optical length L of the microcavity shown in FIG. 10 , respectively. 12 and 13 , it was assumed that a white light source was disposed in SiO 2 between the
도 12는 반사층(110)으로서 도 8b에 도시된 반사층을 사용한 결과를 보인다. 도 12의 그래프를 참조하면, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)가 320 nm일 때 마이크로 캐비티 내부의 광원에서 발생한 빛의 세기보다 약 2.5배 증폭된 공진 피크를 얻을 수 있다. 또한, 공진 피크의 반치폭이 약 10 nm 정도로 매우 좁다. 도 13은 반사층(110)으로서 도 8c에 도시된 반사층을 사용한 결과를 보인다. 도 13의 그래프를 참조하면, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)가 380 nm일 때 마이크로 캐비티 내부의 광원에서 발생한 빛의 세기보다 약 4.5배 증폭된 공진 피크를 얻을 수 있었으며, 공진 피크의 반치폭은 약 7 nm 정도로 매우 좁다. 따라서, 목표 파장 이외의 파장을 갖는 빛은 거의 방출되지 않아서 매우 높은 색순도를 얻을 수 있다.FIG. 12 shows a result of using the reflective layer shown in FIG. 8B as the
도 8a 내지 도 13에서는 나노 구조물(112)이 Si으로 이루어진 경우에 대해 설명하였지만, 나노 구조물(112)은 Si 외에 다른 재료로도 이루어질 수 있으며, 이에 따라 반사층(110)의 특성도 조금씩 달라질 수 있다. 도 14a 내지 도 14c는 각각 청색광, 녹색광, 및 적색광에서 선택적으로 높은 반사율을 가지는 다른 실시예에 따른 반사층(110)의 단면도이다. 나노 구조물(112)은 원기둥 형태의 TiO2를 사용하였으며 저굴절률층(111)은 SiO2를 사용하였다. 도 14a 내지 도 14c에서 나노 구조물(112)의 두께는 60 nm로 고정하였다. 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 발광 파장보다 작게 선택되었다. 예를 들어, 청색광을 반사하는 도 14a에 도시된 반사층(110)에서 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 291 nm이고, 녹색광을 반사하는 도 14b에 도시된 반사층(110)에서 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 364 nm이며, 적색광을 반사하는 도 14c에 도시된 반사층(110)에서 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 435 nm였다. 도 14a 내지 도 14c에서 각각의 나노 구조물(112)의 직경은 주기의 1/2로 선택되었다.Although the case where the
도 15는 청색광, 녹색광, 및 적색광에 대해 복수의 나노 구조물(112)의 주기와 반사층(110)의 반사율 사이의 관계를 예시적으로 보이는 그래프이다. 청색광의 경우, 복수의 나노 구조물(112)의 주기가 291 nm일 때 약 99%에 가까운 반사율을 얻을 수 있었으며 복수의 나노 구조물(112)의 주기가 달라지면 반사율이 급격히 저하되는 것을 알 수 있다. 녹색광의 경우, 복수의 나노 구조물(112)의 주기가 364 nm일 때 약 99%에 가까운 반사율을 얻을 수 있으며 복수의 나노 구조물(112)의 주기가 달라지면 반사율이 급격히 저하된다. 적색광의 경우, 복수의 나노 구조물(112)의 주기가 435 nm일 때 약 99%에 가까운 반사율을 얻을 수 있으며 복수의 나노 구조물(112)의 주기가 달라지면 반사율이 급격히 저하된다.15 is a graph exemplarily showing the relationship between the periods of the plurality of
도 16은 복수의 나노 구조물(112)의 주기에 대해 반사층(110)의 반사율과 파장 사이의 관계를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 16의 그래프를 참조하면, 도 14a에 도시된 반사층(110)에서 약 450 nm 파장을 갖는 청색광의 반사율이 99%로 가장 높으며, 도 14b에 도시된 반사층(110)에서 약 550 nm 파장을 갖는 녹색광의 반사율이 99%로 가장 높고, 도 14c에 도시된 반사층(110)에서 약 650 nm 파장을 갖는 적색광의 반사율이 99%로 가장 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 목표 파장이 아닌 파장의 크로스토크 노이즈는 약 20% 미만으로 반사층(110)의 파장 선택성이 우수하다는 것을 알 수 있다.16 is a graph exemplarily showing the relationship between the reflectance and wavelength of the
또한, 도 17 내지 도 19는 각각 마이크로 캐비티의 광학적 길이에 따른 청색광, 녹색광 및 적색광의 방출 스펙트럼을 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 17 내지 도 19는 도 10에 도시된 구조물에 도 14a 내지 도 14c에 도시된 반사층(110)을 각각 적용하여 모의 실험한 결과이다. 도 17 내지 도 19에서 반사층(110)과 제 2 전극(122) 사이의 SiO2 내에 백색 광원이 배치된 것으로 가정하였으며, 제 2 전극(122)을 통해 방출되는 빛의 세기를 계산하였다.17 to 19 are graphs exemplarily showing emission spectra of blue light, green light, and red light according to the optical length of the microcavity, respectively. 17 to 19 are results of simulation experiments by respectively applying the
도 17은 반사층(110)으로서 도 14a에 도시된 반사층을 사용한 결과를 보인다. 도 17의 그래프를 참조하면, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)가 240 nm일 때 마이크로 캐비티 내부의 광원에서 발생한 빛의 세기보다 약 3.5배 증폭된 공진 피크를 얻을 수 있다. 도 18은 반사층(110)으로서 도 14b에 도시된 반사층을 사용한 결과를 보인다. 도 18의 그래프를 참조하면, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)가 300 nm 내지 320nm일 때 마이크로 캐비티 내부의 광원에서 발생한 빛의 세기보다 약 4.2배 증폭된 공진 피크를 얻을 수 있다. 도 19는 반사층(110)으로서 도 14c에 도시된 반사층을 사용한 결과를 보인다. 도 19의 그래프를 참조하면, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)가 380 nm일 때 마이크로 캐비티 내부의 광원에서 발생한 빛의 세기보다 약 4.5배 증폭된 공진 피크를 얻을 수 있다. 또한, 도 17 내지 도 19의 그래프에서 모두 공진 피크의 반치폭이 약 3 nm 정도로 매우 좁아서 크로스토크 노이즈가 현저히 감소되었다. 따라서, 목표 파장 이외의 파장을 갖는 빛은 거의 방출되지 않아서 매우 높은 색순도를 얻을 수 있다.FIG. 17 shows the result of using the reflective layer shown in FIG. 14A as the
한편, 도 8a 내지 도 19에서는 각각의 나노 구조물(112)이 원기둥 형태인 경우에 대해 설명하였지만, 나노 구조물(112)은 다른 다양한 형태를 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 20 및 도 21은 다른 실시예들에 따른 반사층의 복수의 나노 구조물의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 20에 도시된 바와 같이 각각의 나노 구조물(112)은 직사각형 기둥의 형태를 가질 수 있으며, 또는 도 21에 도시된 바와 같이 각각의 나노 구조물(112)은 십자가형 기둥의 형태를 가질 수도 있다. 그 밖에도, 도시되지는 않았지만 각각의 나노 구조물(112)은 타원 기둥이나 오각형 이상의 다각형 기둥의 형태를 가질 수도 있다. 이러한 나노 구조물(112)의 형태에 따라서도 반사층(110)의 반사 특성이 달라질 수 있다.Meanwhile, although the case where each
예를 들어, 도 22는 청색광을 반사하도록 구성된 반사층(110)에서 나노 구조물(112)의 형태에 따른 반사층(110)의 반사 특성을 예시적으로 보이는 그래프이고, 도 23은 녹색광을 반사하도록 구성된 반사층(110)에서 나노 구조물(112)의 형태에 따른 반사층(110)의 반사 특성을 예시적으로 보이는 그래프이며, 도 24는 적색광을 반사하도록 구성된 반사층(110)에서 나노 구조물(112)의 형태에 따른 반사층(110)의 반사 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.For example, FIG. 22 is a graph exemplarily showing the reflective characteristics of the
각각의 나노 구조물(112)은 Si을 사용하였으며 저굴절률층(111)은 SiO2를 사용하였다. 도 22 내지 도 24에서 실선은 나노 구조물(112)이 원기둥 형태인 경우를 나타내고, 점선은 나노 구조물(112)이 십자가형 기둥 형태인 경우를 나타내고, 쇄선은 나노 구조물(112)이 사각형 기둥 형태인 경우를 나타낸다. 모든 예들에서 나노 구조물(112)의 두께는 100 nm로 고정되었다. 청색광을 반사하는 반사층(110)에서 나노 구조물(112)의 폭은 150 nm이고 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 290nm이며, 녹색광을 반사하는 반사층(110)에서 나노 구조물(112)의 폭은 180 nm이고 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 330nm이며, 적색광을 반사하는 반사층(110)에서 나노 구조물(112)의 폭은 180 nm이고 복수의 나노 구조물(112)의 주기는 410nm이다.Each of the
도 22 내지 도 24를 참조하면, 나노 구조물(112)이 원기둥 형태인 경우에 반사율의 피크가 450 nm, 550 nm, 및 650 nm에 형성되었으며, 나노 구조물(112)이 십자가형 기둥 형태인 경우에 반사율의 피크가 450 nm, 550 nm, 및 650 nm보다 약간 짧은 파장에서 형성되었고, 나노 구조물(112)이 사각형 기둥 형태인 경우에 반사율의 피크가 450 nm, 550 nm, 및 650 nm보다 약간 긴 파장에서 형성되었다. 또한, 청색광 및 녹색광을 반사하는 반사층(110)에서, 십자가 기둥 형태 및 사각형 기둥 형태의 나노 구조물(112)의 반사율이 원기둥 형태의 나노 구조물(112)의 반사율보다 높았다. 적색광을 반사하는 반사층(110)에서 사각형 기둥 형태의 나노 구조물(112)의 반사율과 원기둥 형태의 나노 구조물(112)의 반사율이 비슷하게 높았다. 따라서, 원기둥이 아닌 형태의 나노 구조물(112)을 사용해도 선택적으로 높은 반사율을 가지는 반사층(110)을 설계할 수 있으며, 나노 구조물(112)의 치수 변경을 통해 원하는 반사광의 파장을 제어할 수 있다.22 to 24 , when the
도 25는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1에 도시된 발광 소자(100)의 경우에 저굴절률층(111)은 나노 구조물(112)의 상부 표면을 완전히 덮도록 배치되었다. 반면, 도 25에 도시된 발광 소자(100a)의 경우, 저굴절률층(111)은 나노 구조물(112)의 상부 표면을 덮지 않으며, 복수의 나노 구조물(112)의 상부 표면들과 저굴절률층(111)의 상부 표면이 동일 평면 상에 배치된다. 그러면, 복수의 나노 구조물(112)의 상부 표면들과 저굴절률층(111)의 상부 표면이 제 1 전극(121)과 직접 접촉할 수 있다. 복수의 나노 구조물(112)의 측면들과 하부 표면들은 저굴절률층(111)에 의해 완전히 둘러싸일 수 있다.25 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a light emitting device according to another exemplary embodiment. In the case of the
도 26은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 26을 참조하면, 발광 소자(110b)의 발광층(110)은 높은 반사율을 갖는 편평한 금속 반사막(113)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 반사막(113)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 금속 반사막(113)은 나노 구조물(112)의 하부 표면에 직접 접촉하여 배치될 수 있다. 저굴절률층(111)은 금속 반사막(113)의 하부 표면 및 나노 구조물(112)과 접촉하지 않는 금속 반사막(113)의 상부 표면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.26 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a light emitting device according to another embodiment. Referring to FIG. 26 , the
도 27은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 26에 도시된 실시예에서 금속 반사막(113)은 나노 구조물(112)의 하부 표면에 직접 접촉하여 배치되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 27에 도시된 발광 소자(110c)에서 금속 반사막(113)은 저굴절률층(111)의 하부 표면에 배치될 수도 있다. 이 경우, 금속 반사막(113)은 나노 구조물(112)과 직접 접촉하지 않는다.27 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a light emitting device according to another embodiment. In the embodiment shown in FIG. 26 , the metal
도 28은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 28을 참조하면, 발광 소자(100d)는 기판(101)을 더 포함할 수 있다. 기판(101)은, 예를 들어, 실리콘(Si)과 같은 반도체 기판, 투명한 유리 기판, 또는 투명한 폴리머 기판을 포함할 수 있다. 기판(101) 상에 반사층(110), 제 1 전극(121), 유기 발광층(130), 제 2 전극(122), 및 보호층(140)을 순차적으로 적층할 수 있다.28 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a light emitting device according to another embodiment. Referring to FIG. 28 , the
또한, 저굴절률층(111)은 2개의 서로 다른 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 저굴절률층(111)은 나노 구조물(112)의 하부에 배치된 제 1 저굴절률층(111a) 및 나노 구조물(112)의 측면과 상부 표면들을 덮도록 배치된 제 2 저굴절률층(111b)을 포함할 수 있다. 제 1 저굴절률층(111a)과 제 2 저굴절률층(111b)은 서로 다른 굴절률을 가지며, 제 1 저굴절률층(111a)과 제 2 저굴절률층(111b)은 모두 나노 구조물(112)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 투명한 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 제 1 저굴절률층(111a)과 제 2 저굴절률층(111b)을 통해, 반사층(110)에 의해 반사된 반사광의 파장을 제어할 수도 있다.Also, the low
상술한 바와 같이, 비금속 재료로 이루어진 복수의 나노 구조물(112)을 포함하는 반사층(110)을 사용함으로써, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)에 따라 좁은 반치폭과 높은 효율로 청색광, 녹색광, 및 적색광이 방출될 수 있다. 또한, 마이크로 캐비티의 광학적 길이(L)와 반사층(110) 내의 나노 구조물(112)들의 두께를 동일하게 고정하면서 나노 구조물(112)들의 치수 변경만으로 발광 소자(100)의 발광 파장을 쉽게 결정할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 발광 소자(100)를 디스플레이 장치의 RGB 서브 화소에 적용할 경우, 디스플레이 장치의 제작 공정이 쉬워진다.As described above, by using the
예를 들어, 도 29는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 29를 참조하면, 일 실시예에 다른 디스플레이 장치(200)는 디스플레이 기판(201) 및 디스플레이 기판(201) 상에 일렬로 배치된 제 1 화소(100B), 제 2 화소(100G) 및 제 3 화소(100R)를 포함할 수 있다. 도 29에서는 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)가 도 1에 도시된 발광 소자(100)와 동일한 구조를 갖는 것으로 도시되었으나, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)는 도 25 내지 도 28에 도시된 발광 소자(100a, 100b, 100c, 100d)의 구조를 가질 수도 있다. 또한, 도 29에서는 편의상 단지 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)를 각각 하나씩만 도시하였지만, 실제로는 대단히 많은 수의 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)들이 반복적으로 배열될 수 있다.For example, FIG. 29 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a display device according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 29 , a
제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 각각은, 2차원 배열되어 있는 복수의 나노 구조물(112B, 112G, 112R)을 각각 구비하는 반사층(110B, 110G, 110R), 반사층(110B, 110G, 110R) 상에 배치된 제 1 전극(121), 제 1 전극(121) 상에 배치된 유기 발광층(130), 및 유기 발광층(130) 상에 배치된 제 2 전극(122)을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)는 제 2 전극(122) 위에 배치되어 제 2 전극(122)을 보호하는 투명한 보호층(140)을 더 포함할 수도 있다.Each of the first to
제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)는 서로 다른 파장의 빛을 방출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제 1 화소(100B)는 청색 파장 대역의 빛(B)을 방출하도록 구성되고, 제 2 화소(100G)는 녹색 파장 대역의 빛(G)을 방출하도록 구성되고, 제 3 화소(100R)는 적색 파장 대역의 빛(R)을 방출하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 각각의 반사층(110B, 110G, 110R)은 서로 다른 치수를 갖는 나노 구조물(112B, 112G, 112R)을 포함할 수 있다.The first to
예를 들어, 제 1 화소(100B)의 반사층(110B)은 청색 파장 대역의 빛(B)에 대해 가장 높은 반사율을 갖고 나머지 파장 대역의 빛(G, R)을 투과 또는 흡수하도록 각각의 나노 구조물(112B)의 직경, 각각의 나노 구조물(112B)의 높이 및 복수의 나노 구조물(112B)의 주기가 결정될 수 있다. 또한, 제 2 화소(100G)의 반사층(110G)은 녹색 파장 대역의 빛(G)에 대해 가장 높은 반사율을 갖고 나머지 파장 대역의 빛(B, R)을 투과 또는 흡수하도록 각각의 나노 구조물(112G)의 직경, 각각의 나노 구조물(112G)의 높이 및 복수의 나노 구조물(112G)의 주기가 결정될 수 있다. 마찬가지로, 제 3 화소(100R)의 반사층(110R)은 적색 파장 대역의 빛(R)에 대해 가장 높은 반사율을 갖고 나머지 파장 대역의 빛(B, G)을 투과 또는 흡수하도록 각각의 나노 구조물(112R)의 직경, 각각의 나노 구조물(112R)의 높이 및 복수의 나노 구조물(112R)의 주기가 결정될 수 있다.For example, the
특히, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)에서, 복수의 나노 구조물(112B, 112G, 112R)의 높이를 서로 동일하게 고정하고, 복수의 나노 구조물(112B, 112G, 112R)의 직경과 주기를 서로 다르게 구성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 화소(100B)의 나노 구조물(112B)의 주기는 청색 파장보다 작으며 제 2 화소(100G)의 나노 구조물(112G)의 주기보다 작을 수 있다. 또한, 제 2 화소(100G)의 나노 구조물(112G)의 주기는 녹색 파장보다 작으며 제 3 화소(100R)의 나노 구조물(112R)의 주기보다 작을 수 있다. 또한, 제 3 화소(100R)의 나노 구조물(112R)의 주기는 적색 파장보다 작을 수 있다.In particular, in the first to
제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)에서 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 동일할 수 있다. 도 10 및 도 11에서 설명한 바와 같이, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 청색광이 공진하는 광학적 길이, 녹색광이 공진하는 광학적 길이, 및 적색광이 공진하는 광학적 길이의 공배수에 해당하는 광학적 길이를 가질 수 있다. 그러면, 반사층(110B, 110G, 110R) 내의 나노 구조물(112B, 112G, 112R)의 치수만으로 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 발광 파장을 결정할 수 있다. 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)에서, 반사층(110B, 110G, 110R)을 제외한 나머지 구성, 예를 들어, 제 1 전극(121), 유기 발광층(130), 및 제 2 전극(122)의 조성과 두께는 서로 동일할 수 있다. 그 결과, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 물리적인 두께가 서로 동일할 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치(200)의 제작 공정이 단순해지고 제작 비용을 저감할 수 있다.The optical length of the microcavities in the first to
도 30은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 30에 도시된 디스플레이 장치(300)의 경우, 제 2 화소(100G)와 제 3 화소(100R)의 반사층(110G, 110R)은 각각 나노 구조물(112G, 112R)을 포함하지만, 제 1 화소(100B)의 반사층(110B)은 나노 구조물을 포함하지 않을 수 있다. 또한, 도 30에 도시된 디스플레이 장치(300)에서 반사층(110B, 110G, 110R)은 금속 반사막(113)을 더 포함할 수 있다. 금속 반사막(113)은 나노 구조물(112G, 112R)의 하부 표면에 직접 접촉하도록 배치될 수 있다. 그러나, 도 27에 도시된 바와 같이, 금속 반사막(113)은 저굴절률층(111)의 하부 표면에 접촉하도록 배치될 수도 있다. 반사층(110B, 110G, 110R)의 전체 영역에서 금속 반사막(113)은 동일 평면 상에 배치될 수 있다.30 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a display device according to another exemplary embodiment. In the case of the
제 1 화소(100B)에서 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 공진 파장이 청색 계열의 파장과 일치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 화소(100B)의 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 금속 반사막(113)과 제 2 전극(122) 사이에 배치된 재료들의 광학적 길이의 합으로 결정될 수 있다. 그러면, 제 1 화소(100B)는 청색 파장 대역의 빛(B)을 방출할 수 있다.The optical length of the microcavity in the
제 2 화소(100G)와 제 3 화소(100R)의 경우, 나노 구조물(112G, 112R)을 이용하여 반사광의 위상 지연을 통해 마이크로 캐비티의 공진 파장을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 2 화소(100G)에서 나노 구조물(112G)은 제 2 화소(100G)의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 녹색 계열의 파장과 일치하도록 반사광의 위상을 지연시키고 녹색 파장 대역의 빛(G)에 대해 가장 반사율이 높도록 구성될 수 있다. 또한, 제 3 화소(100R)에서 나노 구조물(112R)은 제 3 화소(100R)의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 적색 계열의 파장과 일치하도록 반사광의 위상을 지연시키고 적색 파장 대역의 빛(R)에 대해 가장 반사율이 높도록 구성될 수 있다.In the case of the
상술한 발광 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above-described light emitting device and the display device including the same have been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible by those skilled in the art. will understand that Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of rights is indicated in the claims rather than the above description, and all differences within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of rights.
100, 100a, 100b, 100c, 100d.....발광 소자
110.....반사층
111.....저굴절률층
112.....나노 구조물
113.....금속 반사막
121, 122.....전극
130.....유기 발광층
131, 131a, 131b, 131c.....유기 발광 재료층
132.....정공 주입층
133.....전자 주입층
134.....전자 수송층
135.....전자 수송층
136.....엑시톤 저지층
140.....보호층
200, 300.....디스플레이 장치100, 100a, 100b, 100c, 100d.....Light emitting element
110.....
112.....
121, 122....
131, 131a, 131b, 131c..... Organic light emitting material layer
132.....
134..
136.....Exciton low layer
140.....
Claims (32)
상기 반사층 상에 배치된 제 1 전극;
상기 제 1 전극 상에 배치된 유기 발광층; 및
상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하며,
각각의 나노 구조물은 비금속 재료로 이루어지며, 상기 저굴절률층은 상기 비금속 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어지는, 발광 소자.a reflective layer comprising a plurality of nanostructures two-dimensionally arranged in a regular periodic structure and a low refractive index layer surrounding the plurality of nanostructures;
a first electrode disposed on the reflective layer;
an organic light emitting layer disposed on the first electrode; and
a second electrode disposed on the organic light emitting layer;
Each of the nanostructures is made of a non-metal material, and the low refractive index layer is made of a dielectric material having a refractive index lower than that of the non-metal material.
상기 제 1 전극은 투명 전극이고 상기 제 2 전극은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과 전극인, 발광 소자.The method of claim 1,
The first electrode is a transparent electrode and the second electrode is a transflective electrode that reflects a portion of light and transmits a portion, a light emitting device.
상기 비금속 재료는 유전체 재료 또는 반도체 재료를 포함하는, 발광 소자.The method of claim 1,
The non-metallic material comprises a dielectric material or a semiconductor material.
상기 유전체 재료는 TiO2, BaTiO3, Cr2O3, HfO2, SiNx 중에서 적어도 하나를 포함하는, 발광 소자.4. The method of claim 3,
The dielectric material includes at least one of TiO 2 , BaTiO 3 , Cr 2 O 3 , HfO 2 , and SiNx.
상기 반도체 재료는 Si, ZnS, ZnSe, GaP, InP, GaAs, GaN, AlAs2 중에서 적어도 하나를 포함하는, 발광 소자.4. The method of claim 3,
The semiconductor material includes at least one of Si, ZnS, ZnSe, GaP, InP, GaAs, GaN, and AlAs 2 , a light emitting device.
상기 반사층과 상기 제 2 전극은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성하는, 발광 소자.The method of claim 1,
The reflective layer and the second electrode constitute a microcavity having a resonance wavelength, a light emitting device.
상기 반사층은 상기 마이크로 캐비티의 공진 파장에 해당하는 파장을 갖는 광에 대해 가장 높은 반사율을 갖도록 상기 반사층의 각각의 나노 구조물의 직경, 각각의 나노 구조물의 높이 및 복수의 나노 구조물의 주기가 결정되는, 발광 소자.7. The method of claim 6,
In the reflective layer, the diameter of each nanostructure of the reflective layer, the height of each nanostructure, and the period of the plurality of nanostructures are determined so as to have the highest reflectance with respect to light having a wavelength corresponding to the resonance wavelength of the microcavity, light emitting element.
상기 복수의 나노 구조물의 주기는 상기 마이크로 캐비티의 공진 파장보다 작은, 발광 소자.8. The method of claim 7,
A period of the plurality of nanostructures is smaller than a resonance wavelength of the microcavity, a light emitting device.
상기 복수의 나노 구조물의 주기는 200 nm 내지 500 nm의 범위 내에 있는, 발광 소자.9. The method of claim 8,
A period of the plurality of nanostructures is in the range of 200 nm to 500 nm, a light emitting device.
상기 각각의 나노 구조물의 높이는 20 nm 내지 200 nm의 범위 내에 있는, 발광 소자.8. The method of claim 7,
The height of each of the nanostructures is in the range of 20 nm to 200 nm, the light emitting device.
상기 저굴절률층의 상부 표면이 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들을 덮도록 배치되며, 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들이 상기 제 1 전극과 접촉하지 않고 상기 저굴절률층의 상부 표면이 상기 제 1 전극과 직접 접촉하는, 발광 소자.The method of claim 1,
The upper surface of the low refractive index layer is disposed to cover the upper surfaces of the plurality of nanostructures, the upper surfaces of the plurality of nanostructures do not contact the first electrode and the upper surface of the low refractive index layer is the first A light emitting element in direct contact with the electrode.
상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들과 상기 저굴절률층의 상부 표면이 동일 평면 상에 배치되며, 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들과 상기 저굴절률층의 상부 표면이 상기 제 1 전극과 직접 접촉하는, 발광 소자.The method of claim 1,
The upper surfaces of the plurality of nanostructures and the upper surface of the low refractive index layer are disposed on the same plane, and the upper surfaces of the plurality of nanostructures and the upper surface of the low refractive index layer are in direct contact with the first electrode which is a light emitting device.
상기 반사층은 상기 복수의 나노 구조물의 하부 표면과 직접 접촉하도록 배치된 평평한 금속 반사막을 더 포함하는, 발광 소자.The method of claim 1,
The reflective layer further comprises a flat metal reflective film disposed in direct contact with the lower surfaces of the plurality of nanostructures, the light emitting device.
상기 저굴절률층은 상기 금속 반사막을 둘러싸도록 배치된, 발광 소자.14. The method of claim 13,
The low refractive index layer is disposed to surround the metal reflective film, the light emitting device.
상기 반사층은 상기 저굴절률층의 하부 표면에 배치된 평평한 금속 반사막을 더 포함하는, 발광 소자.The method of claim 1,
The reflective layer further includes a flat metal reflective film disposed on a lower surface of the low refractive index layer.
상기 저굴절률층은 상기 복수의 나노 구조물의 하부 표면에 배치된 제 1 저굴절률층 및 상기 복수의 나노 구조물의 측면과 상부 표면을 둘러싸도록 배치된 제 2 저굴절률층을 포함하며, 상기 제 1 저굴절률층과 제 2 저굴절률층은 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어지는, 발광 소자.The method of claim 1,
The low refractive index layer includes a first low refractive index layer disposed on the lower surfaces of the plurality of nanostructures and a second low refractive index layer disposed to surround side surfaces and upper surfaces of the plurality of nanostructures, the first low The light emitting device, wherein the refractive index layer and the second low refractive index layer are made of dielectric materials having different refractive indices.
제 1 파장과 다른 제 2 파장의 광을 방출하는 제 2 화소;를 포함하며,
상기 제 1 화소는:
규칙적인 주기 구조로 2차원 배열되어 있는 복수의 나노 구조물 및 상기 복수의 나노 구조물을 둘러싸는 저굴절률층을 구비하는 반사층;
상기 반사층 상에 배치된 제 1 전극;
상기 제 1 전극 상에 배치된 것으로, 제 1 파장의 광 및 제 2 파장의 광을 포함하는 가시광을 방출하는 유기 발광층; 및
상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하고,
각각의 나노 구조물은 비금속 재료로 이루어지며, 상기 저굴절률층은 상기 비금속 재료의 굴절률보다 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어지는, 디스플레이 장치.a first pixel emitting light of a first wavelength; and
a second pixel emitting light of a second wavelength different from the first wavelength; and
The first pixel includes:
a reflective layer comprising a plurality of nanostructures two-dimensionally arranged in a regular periodic structure and a low refractive index layer surrounding the plurality of nanostructures;
a first electrode disposed on the reflective layer;
an organic light emitting layer disposed on the first electrode and emitting visible light including light of a first wavelength and light of a second wavelength; and
a second electrode disposed on the organic light emitting layer; and
Each of the nanostructures is made of a non-metal material, and the low refractive index layer is made of a dielectric material having a refractive index than that of the non-metal material.
상기 제 1 전극은 투명 전극이고 상기 제 2 전극은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과 전극인, 디스플레이 장치.18. The method of claim 17,
The first electrode is a transparent electrode and the second electrode is a transflective electrode that reflects a portion of light and transmits a portion, the display device.
상기 비금속 재료는 유전체 재료 또는 반도체 재료를 포함하는, 디스플레이 장치.18. The method of claim 17,
The non-metallic material comprises a dielectric material or a semiconductor material.
상기 유전체 재료는 TiO2, BaTiO3, Cr2O3, HfO2, SiNx 중에서 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 장치.20. The method of claim 19,
and the dielectric material includes at least one of TiO2, BaTiO3, Cr2O3, HfO2, and SiNx.
상기 반도체 재료는 Si, ZnS, ZnSe, GaP, InP, GaAs, GaN, AlAs2 중에서 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 장치.20. The method of claim 19,
The semiconductor material includes at least one of Si, ZnS, ZnSe, GaP, InP, GaAs, GaN, and AlAs 2 .
상기 제 1 화소의 반사층은 상기 제 1 파장의 광에 대해 가장 높은 반사율을 갖고 상기 제 2 파장의 광을 투과 또는 흡수하도록 상기 반사층의 각각의 나노 구조물의 직경, 각각의 나노 구조물의 높이 및 복수의 나노 구조물의 주기가 결정되는, 디스플레이 장치.18. The method of claim 17,
The reflective layer of the first pixel has the highest reflectivity with respect to the light of the first wavelength and transmits or absorbs the light of the second wavelength, the diameter of each nanostructure of the reflective layer, the height of each nanostructure, and a plurality of A display device in which the period of the nanostructure is determined.
상기 복수의 나노 구조물의 주기는 상기 제 1 파장보다 작은, 디스플레이 장치.23. The method of claim 22,
The period of the plurality of nanostructures is less than the first wavelength, the display device.
상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들과 상기 저굴절률층의 상부 표면이 동일 평면 상에 배치되며, 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들과 상기 저굴절률층의 상부 표면이 상기 제 1 전극과 직접 접촉하는, 디스플레이 장치.18. The method of claim 17,
The upper surfaces of the plurality of nanostructures and the upper surface of the low refractive index layer are disposed on the same plane, and the upper surfaces of the plurality of nanostructures and the upper surface of the low refractive index layer are in direct contact with the first electrode which is a display device.
상기 저굴절률층의 상부 표면이 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들을 덮도록 배치되며, 상기 복수의 나노 구조물의 상부 표면들이 상기 제 1 전극과 접촉하지 않고 상기 저굴절률층의 상부 표면이 상기 제 1 전극과 직접 접촉하는, 디스플레이 장치.18. The method of claim 17,
The upper surface of the low refractive index layer is disposed to cover the upper surfaces of the plurality of nanostructures, the upper surfaces of the plurality of nanostructures do not contact the first electrode and the upper surface of the low refractive index layer is the first A display device, in direct contact with the electrode.
상기 반사층은 상기 복수의 나노 구조물의 하부 표면과 직접 접촉하도록 배치된 평평한 금속 반사막을 더 포함하는, 디스플레이 장치.18. The method of claim 17,
The reflective layer further comprises a flat metal reflective film disposed in direct contact with the lower surfaces of the plurality of nanostructures.
상기 저굴절률층은 상기 금속 반사막을 둘러싸도록 배치된, 디스플레이 장치.27. The method of claim 26,
The low refractive index layer is disposed to surround the metal reflective film.
상기 반사층은 상기 저굴절률층의 하부 표면에 배치된 평평한 금속 반사막을 더 포함하는, 디스플레이 장치.18. The method of claim 17,
The reflective layer further comprises a flat metal reflective film disposed on a lower surface of the low refractive index layer.
상기 제 2 화소는:
규칙적인 주기 구조로 2차원 배열되어 있는 복수의 나노 구조물 및 상기 복수의 나노 구조물을 둘러싸는 저굴절률층을 구비하는 반사층;
상기 반사층 상에 배치된 제 1 전극;
상기 제 1 전극 상에 배치된 것으로, 제 1 파장의 광 및 제 2 파장의 광을 포함하는 가시광을 방출하는 유기 발광층; 및
상기 유기 발광층 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하고,
상기 제 2 화소의 반사층의 각각의 나노 구조물은 비금속 재료로 이루어지며, 상기 제 2 화소의 반사층의 저굴절률층은 상기 비금속 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어지는, 디스플레이 장치.18. The method of claim 17,
The second pixel includes:
a reflective layer comprising a plurality of nanostructures two-dimensionally arranged in a regular periodic structure and a low refractive index layer surrounding the plurality of nanostructures;
a first electrode disposed on the reflective layer;
an organic light emitting layer disposed on the first electrode and emitting visible light including light of a first wavelength and light of a second wavelength; and
a second electrode disposed on the organic light emitting layer; and
Each nanostructure of the reflective layer of the second pixel is made of a non-metal material, and the low refractive index layer of the reflective layer of the second pixel is made of a dielectric material having a lower refractive index than that of the non-metal material.
상기 제 2 화소의 반사층은 상기 제 2 파장의 광에 대해 가장 높은 반사율을 갖고 상기 제 1 파장의 광을 투과 또는 흡수하도록 상기 제 2 화소의 반사층의 각각의 나노 구조물의 직경, 각각의 나노 구조물의 높이 및 복수의 나노 구조물의 주기가 결정되는, 디스플레이 장치.30. The method of claim 29,
The reflective layer of the second pixel has the highest reflectance with respect to the light of the second wavelength and transmits or absorbs the light of the first wavelength, the diameter of each nanostructure of the reflective layer of the second pixel, the diameter of each nanostructure A display device in which a height and a period of the plurality of nanostructures are determined.
상기 제 1 화소의 반사층의 각각의 나노 구조물의 높이와 상기 제 2 화소의 반사층의 각각의 나노 구조물의 높이는 서로 동일하고, 상기 제 1 화소의 반사층의 복수의 나노 구조물의 주기와 상기 제 2 화소의 반사층의 복수의 나노 구조물의 주기는 서로 다른, 디스플레이 장치.30. The method of claim 29,
The height of each nanostructure of the reflective layer of the first pixel and the height of each nanostructure of the reflective layer of the second pixel are the same, and the period of the plurality of nanostructures of the reflective layer of the first pixel and the period of the second pixel The period of the plurality of nanostructures of the reflective layer is different from each other, the display device.
상기 제 1 화소의 제 1 전극, 유기 발광층, 및 제 2 전극은 상기 제 2 화소의 제 1 전극, 유기 발광층, 및 제 2 전극과 서로 동일한, 디스플레이 장치.30. The method of claim 29,
The first electrode, the organic light emitting layer, and the second electrode of the first pixel are identical to the first electrode, the organic light emitting layer, and the second electrode of the second pixel.
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